Linux下的静态库、动态库和动态加载库

曾经终败给现在 2022-06-17 01:36 374阅读 0赞

库的存在极大的提高了C/C++程序的复用性，但是库对于初学者来说有些难以驾驭，本文从Linux的角度浅谈Linux下的静态库、动态库和动态加载库。

## Linux库类型 ##

Linux下可以创建两种类型的库:  
静态库(.a): 在链接期间被应用程序直接链接进可执行文件  
动态链接库(.so): 动态库还分为两种用法: a) 应用程序运行期间链接动态库，但是在编译期间声明动态库的存在，也就是说这种动态库必须在编译时对编译器可见，但编译器却不将此种库编译进可执行文件; b) 在运行期间，动态加载和卸载的库，使用动态加载方法加载。这种库的形式跟动态链接没有本质区别，区别是在调用时，是由用户程序决定何时链接的，而不是由系统链接器自动链接

## 命名约定 ##

库需要以lib作为开头，而在指定链接命令行参数时，却无需包含开头和扩展名，例如：  
gcc src-file.c -lm -lpthread  
这个例子中，链接了libmath.a和libpthread.a

## 静态库(.a) ##

生成静态库的方法如下：  
编译object文件。例如：cc -Wall -c ctest1.c ctest2.c，该命令会生成ctest1.o和ctest2.o(其中-Wall表示编译时输出警告)。  
创建库文件。例如：ar -cvq libctest.a ctest1.o ctest2.o。该命令会得到一个libctest.a文件  
可以通过ar -t查看.a文件中包含哪些.o。所以，实际上ar就是一个打包命令，类似tar  
构建符号表。ranlib libctest.a用于为.a创建符号表。有些ar命令实际上已经集成了ranlib的功能  
.a文件与windows下的.lib是相同的概念。

## 动态库(.so) ##

生成动态库的方法如下：  
编译object文件时使用-fPIC选项：  
gcc -Wall -fPIC -c \*.c  
这个选项的目的是让编译器生成地址无关(position independent)的代码，这是因为，动态库是在运行期间链接的，变量和函数的偏移量是事先不知道的，需要链接以后根据offset进行地址重定向。  
使用-shared链接  
gcc -shared -Wl,-soname,libctest.so.1 -o libctest.so.1.0 \*.o  
\-shared选项是让动态库得以在运行期间被动态链接;-Wl,options是设置传递给ld(链接器)的参数，在上面的例子中，当链接器在链接.o时会执行ld -soname ibctest.so.1  
创建软链  
上面的命令将最终输出一个动态库libctest.so.1.0，而出于习惯，会创建两个软链:  
mv libctest.so.1.0 /opt/lib  
ln -sf /opt/lib/libctest.so.1.0 /opt/lib/libctest.so.1  
ln -sf /opt/lib/libctest.so.1.0 /opt/lib/libctest.so  
libctest.so用于在编译期间使用-lctest让编译器找到动态库，而libctest.so.1用于在运行期间链接  
gcc -Wall -I/path/to/include-files -L/path/to/libraries prog.c -lctest -o prog

## 查看依赖 ##

使用ldd命令来查看程序对动态库的依赖。例如：  
ldd prog  
libctest.so.1 => /opt/lib/libctest.so.1 (0x00002aaaaaaac000)  
libc.so.6 => /lib64/tls/libc.so.6 (0x0000003aa4e00000)  
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000003aa4c00000)

## obj文件 ##

obj文件的格式和组成可能是系统差异性的一大体现，比如windows下的PE、linux和一些unix下的elf、macos的mach-o、aix下的xcoff。  
查看obj文件的符号表信息，可以通过nm objdump readelf等方法。

## 运行期间查找动态库 ##

运行期间，系统需要知道到哪里去查找动态库，这是通过/etc/ld.so.conf配置的。ldconfig用于配置运行时动态库查找路径，实际是更新/etc/ld.so.cache。另外一些环境变量也可以影响查找：(Linux/Solaris: LD\_LIBRARY\_PATH, SGI: LD\_LIBRARYN32\_PATH, AIX: LIBPATH, Mac OS X: DYLD\_LIBRARY\_PATH, HP-UX: SHLIB\_PATH)

## 动态加载和卸载的库 ##

需要应用程序希望设计成插件化的架构，这就需要可以动态加载和卸载库的机制。与动态链接不同的是，动态加载的意思是，编译期间可以对动态库的存在一无所知，而是在运行期间通过用户程序尝试加载进来的。  
通过dlfcn.h中的dlopen、dlsym和dlclose等函数实现此种功能。  
另外，使用到dlfcn机制的可执行文件需要使用-rdynamic选项，它将指示连接器把所有符号（而不仅仅只是程序已使用到的外部符号，但不包括静态符号，比如被static修饰的函数）都添加到动态符号表（即.dynsym表）里。

## GNU Libtool ##

如今许多软件的编译都采用libtool工具，libtool是一个编译链接包装工具，实际只是一个脚本，用libtool编译和链接会产生类似.la的文件，.la这种文件其实是个文本文件，指向.a文件，并声明一些版本信息。